JP2023123118A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンとエンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータとを備えるエンジン装置において、エンジンの制御を迅速に始動時制御からトルク制御に移行させる。【解決手段】制御装置は、クラッチを半係合してエンジンの回転数を増加しながらエンジン始動し、その後にエンジンの回転数がモータの回転数に一致したときにクラッチを完全係合する。エンジンの回転数がモータの回転数に一致させるようにしている最中は、要求トルクがエンジンの最小トルク以上のときに始動時制御をトルク制御に切り替える。この際、最小トルクに通常時より小さなトルクに設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン装置に関し、詳しくは、筒内噴射弁を有するエンジンとエンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータとを備えるエンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置として、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、モータの後段に自動変速装置とを備えるハイブリッド車において、エンジンの始動時にアクセル踏み込み量に応じて燃料噴射量や空気量を増加させる制御を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、上記制御によりエンジンの始動時の始動性を向上させている。

特開２０１０－１４９５３３号公報

しかしながら、上述のハイブリッド車が搭載するエンジン装置では、エンジンの始動時制御からエンジンに要求されるトルクをエンジンから出力するトルク制御への移行が遅れたり、制御の切り替えにショックが生じる場合がある。

本発明のエンジン装置は、エンジンとエンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータとを備えるエンジン装置において、エンジンの制御を迅速に始動時制御からトルク制御に移行させることを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
筒内噴射弁を有するエンジンと、前記エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、燃料カットにより停止状態または前記モータの回転数より低回転数の状態の前記エンジンに対して、前記クラッチを半係合して前記モータにより前記エンジンの回転数を増加しながら前記エンジンの燃料噴射と点火とスロットルに対する始動時制御の開始を伴って前記エンジンを始動すると共に、その後に前記クラッチの半係合を継続した状態で又は前記クラッチの半係合を解除した状態で前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように前記エンジンの燃料噴射と点火とスロットルに対する回転数同期制御を伴い、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に略一致したときに前記クラッチを完全係合するように前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御するものであり、
前記制御装置は、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように制御している最中は、前記エンジンに要求される要求トルクが前記エンジンの最小トルク以上のときに前記始動時制御を前記エンジンから前記要求トルクを出力するように前記エンジンの燃料噴射と点火とスロットルを制御するトルク制御に切り替えるものであり、
前記制御装置は、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように制御している最中は、前記最小トルクに通常時より小さなトルクを設定する、
ことを特徴とする。

この本発明のエンジン装置では、筒内噴射弁を有するエンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、エンジンとモータとクラッチとを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、燃料カットにより停止状態またはモータの回転数より低回転数の状態のエンジンに対して、クラッチを半係合してモータによりエンジンの回転数を増加しながらエンジンの燃料噴射と点火とスロットルに対する始動時制御の開始を伴ってエンジンを始動すると共に、その後にクラッチの半係合を継続した状態で又はクラッチの半係合を解除した状態でエンジンの回転数がモータの回転数に一致するようにエンジンの燃料噴射と点火とスロットルに対する回転数同期制御を伴い、エンジンの回転数がモータの回転数に略一致したときにクラッチを完全係合するようにエンジンとモータとクラッチとを制御する。更に、制御装置は、エンジンの回転数がモータの回転数に一致するように制御している最中は、エンジンに要求される要求トルクがエンジンの最小トルク以上のときに始動時制御をエンジンから要求トルクを出力するようにエンジンの燃料噴射と点火とスロットルを制御するトルク制御に切り替えるものであり、制御装置は、エンジンの回転数がモータの回転数に一致するように制御している最中は、最小トルクに通常時より小さなトルクを設定する、これにより、通常時より小さな最小トルクが設定され、要求トルクが最小トルク以上と判定されやすくなり、始動時制御からトルク制御に移行されやすくなる。この結果、エンジンの制御を迅速に始動時制御からトルク制御に移行させることができる。

この場合、前記制御装置は、前記エンジンの目標回転数に基づいて前記最小トルクを演算するものであり、前記制御装置は、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように制御している最中は、少なくとも前記モータの回転数に基づいて小さな回転数を前記エンジンの目標回転数に設定するものとしてもよい。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４などにより実行される始動時処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置を搭載するハイブリッド車２０の構成の概略を示す構成図である。図２は、ハイブリッド車２０が搭載するエンジン２２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド車２０は、図１に示すように、エンジン２２と、モータ３０と、インバータ３２と、クラッチＫ０と、自動変速装置４０と、高電圧バッテリ６０と、低電圧バッテリ６２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、例えばガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の４行程により動力を出力する６気筒の内燃機関として構成されている。図２に示すように、エンジン２２は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁１２６と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁１２７とを有する。エンジン２２は、ポート噴射弁１２６と筒内噴射弁１２７とを有することにより、ポート噴射モードと筒内噴射モードと共用噴射モードとのうちの何れかで運転可能となっている。ポート噴射モードでは、エアクリーナ１２２により清浄された空気を吸気管１２３に吸入してスロットルバルブ１２４やサージタンク１２５を通過させると共に、吸気管１２３のサージタンク１２５よりも下流側のポート噴射弁１２６から燃料を噴射し、空気と燃料とを混合する。そして、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室１２９に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、シリンダボア内でそのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２３の回転運動に変換する。筒内噴射モードでは、ポート噴射モードと同様に空気を燃焼室１２９に吸入し、吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁１２７から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト２３の回転運動を得る。共用噴射モードでは、空気を燃焼室１２９に吸入する際にポート噴射弁１２６から燃料を噴射すると共に吸気行程や圧縮行程において筒内噴射弁１２７から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花により爆発燃焼させてクランクシャフト２３の回転運動を得る。これらの噴射モードは、エンジン２２の運転状態に基づいて切り替えられる。燃焼室１２９から排気バルブ１３３を介して排気管１３４に排出される排気は、浄化装置１３５およびＰＭフィルタ１３６を介して外気に排出される。浄化装置１３５は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）１３５ａを有する。ＰＭフィルタ１３６は、セラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されており、排気中の煤などの粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。なお、ＰＭフィルタ１３６に代えて、三元触媒の浄化機能と粒子状物質に対する捕集機能とを組み合わせた四元触媒が用いられるものとしてもよい。

エンジン２２は、エンジンＥＣＵ２４により運転制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４に入力される信号としては、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランク角θｃｒや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。吸気バルブ１２８を開閉するインテークカムシャフトの回転位置や排気バルブ１３３を開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカム角θｃｉ，θｃｏも挙げることができる。スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１２４ａからのスロットル開度ＴＨや、吸気管１２３のスロットルバルブ１２４よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ１２３ａからの吸入空気量Ｑａ、吸気管１２３のスロットルバルブ１２４よりも上流側に取り付けられた温度センサ１２３ｔからの吸気温Ｔａ、サージタンク１２５に取り付けられた圧力センサ１２５ａからのサージ圧Ｐｓも挙げることができる。排気管１３４の浄化装置１３５よりも上流側に取り付けられたフロント空燃比センサ１３７からのフロント空燃比ＡＦ１や、排気管１３４の浄化装置１３５とＰＭフィルタ１３６との間に取り付けられたリヤ空燃比センサ１３８からのリヤ空燃比ＡＦ２、ＰＭフィルタ１３６の前後の差圧（上流側と下流側との差圧）を検出する差圧センサ１３６ａからの差圧ΔＰも挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ１２４への制御信号や、ポート噴射弁１２６への制御信号、筒内噴射弁１２７への制御信号、点火プラグ１３０への制御信号を挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのエンジン２２のクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。また、エンジンＥＣＵ２４は、エアフローメータ１２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン２２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の比）ＫＬを演算している。さらに、エンジンＥＣＵ２４は、差圧センサ１３６ａからの差圧ΔＰに基づいてＰＭフィルタ１３６に堆積した粒子状物質の堆積量としてのＰＭ堆積量Ｑｐｍを演算したり、エンジン２２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬに基づいてＰＭフィルタ１３６の温度としてのフィルタ温度Ｔｆを演算したりしている。

図１に示すように、エンジン２２のクランクシャフト２３には、エンジン２２をクランキングするためのスタータモータ２５や、エンジン２２からの動力を用いて発電するオルタネータ２６が接続されている。スタータモータ２５およびオルタネータ２６は、低電圧バッテリ６２と共に低電圧側電力ライン６３に接続されており、ＨＶＥＣＵ７０により制御される。

モータ３０は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを有する。このモータ３０の回転子が固定された回転軸３１は、クラッチＫ０を介してエンジン２２のクランクシャフト２３に接続されていると共に自動変速機４５の入力軸４１に接続されている。インバータ３２は、モータ３０の駆動に用いられると共に高電圧側電力ライン６１に接続されている。モータ３０は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）３４によってインバータ３２の複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ３４は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。モータＥＣＵ３４には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ３４に入力される信号としては、例えば、モータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置を検出する回転位置センサ３０ａからの回転位置θｍや、モータ３０の各相の相電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。モータＥＣＵ３４からは、インバータ３２への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ３４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ３４は、回転位置センサ３０ａからのモータ３０の回転子（回転軸３１）の回転位置θｍに基づいてモータ３０の回転数Ｎｍを演算している。

クラッチＫ０は、例えば油圧駆動の摩擦クラッチとして構成されており、ＨＶＥＣＵ７０によって制御され、エンジン２２のクランクシャフト２３とモータ３０の回転軸３１との接続および接続の解除を行なう。

自動変速装置４０は、トルクコンバータ４３と、例えば６段変速の自動変速機４５とを有する。トルクコンバータ４３は、一般的な流体伝動装置として構成されており、モータ３０の回転軸３１に接続された入力軸４１の動力を自動変速機４５の入力軸である変速機入力軸４４にトルクを増幅して伝達したり、トルクを増幅することなくそのまま伝達したりする。自動変速機４５は、変速機入力軸４４と、駆動輪４９にデファレンシャルギヤ４８を介して連結された出力軸４２と、複数の遊星歯車と、油圧駆動の複数の摩擦係合要素（クラッチ，ブレーキ）とを有する。複数の摩擦係合要素は、何れも、ピストン、複数の摩擦係合プレート（摩擦プレートおよびセパレータプレート）、作動油が供給される油室などにより構成される油圧サーボを有する。自動変速機４５は、複数の摩擦係合要素の係脱により、第１速から第６速までの前進段や後進段を形成して、変速機入力軸４４と出力軸４２との間で動力を伝達する。クラッチＫ０や自動変速機４５には、図示しない油圧制御装置により、機械式オイルポンプや電動オイルポンプからの作動油の油圧が調圧されて供給される。油圧制御装置は、複数の油路が形成されたバルブボディや、複数のレギュレータバルブ、複数のリニアソレノイドバルブなどを有する。この油圧制御装置は、ＨＶＥＣＵ７０により制御される。

高電圧バッテリ６０は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ３２と共に高電圧側電力ライン６１に接続されている。低電圧バッテリ６２は、例えば定格電圧が１２Ｖや１４Ｖ程度の鉛蓄電池として構成されており、スタータモータ２５やオルタネータ２６と共に低電圧側電力ライン６３に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、高電圧側電力ライン６１と低電圧側電力ライン６３とに接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、高電圧側電力ライン６１の電力を低電圧側電力ライン６３に電圧の降圧を伴って供給する。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、自動変速装置４０の入力軸４１に取り付けられた回転数センサ４１ａからの回転数Ｎｉｎや、自動変速装置４０の変速機入力軸４４に取り付けられた回転数センサ４４ａからの回転数Ｎｍｉ、自動変速装置４０の出力軸４２に取り付けられた回転数センサ４２ａからの回転数Ｎｏｕｔを挙げることができる。高電圧バッテリ６０の端子間に取り付けられた電圧センサからの高電圧バッテリ６０の電圧Ｖｂｈや、高電圧バッテリ６０の出力端子に取り付けられた電流センサからの高電圧バッテリ６０の電流Ｉｂｈ、低電圧バッテリ６２の端子間に取り付けられた電圧センサからの電圧Ｖｂｌも挙げることができる。イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖも挙げることができる。

ＨＶＥＣＵ７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＨＶＥＣＵ７０から出力される信号としては、例えば、スタータモータ２５への制御信号や、オルタネータ２６への制御信号を挙げることができる。クラッチＫ０や自動変速装置４０（油圧制御装置）への制御信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４への制御信号も挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３４と通信ポートを介して接続されている。ＨＶＥＣＵ７０は、回転数センサ４１ａからの自動変速装置４０の入力軸４１の回転数Ｎｉｎを回転数センサ４２ａからの自動変速装置４０の出力軸４２の回転数Ｎｏｕｔで除して自動変速装置４０の回転数比Ｇｔを演算している。

こうして構成された実施例のハイブリッド車２０では、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３４との協調制御により、ハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）や電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行するように、エンジン２２とクラッチＫ０とモータ３０と自動変速装置４０とを制御する。ここで、ＨＶ走行モードは、クラッチＫ０を係合状態としてエンジン２２の動力を用いて走行するモードであり、ＥＶ走行モードは、クラッチＫ０を解放状態としてエンジン２２の動力を用いずに走行するモードである。

ＨＶ走行モードやＥＶ走行モードにおける自動変速装置４０の制御では、ＨＶＥＣＵ７０は、最初に、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて自動変速機４５の目標変速段Ｍ＊を設定する。そして、自動変速機４５の変速段Ｍと目標変速段Ｍ＊とが一致するときには、変速段Ｍが保持されるように自動変速機４５を制御する。一方、変速段Ｍと目標変速段Ｍ＊とが異なるときには、変速段Ｍが目標変速段Ｍ＊に一致するように自動変速機４５を制御する。

ＨＶ走行モードにおけるエンジン２２およびモータ３０の制御では、ＨＶＥＣＵ７０は、最初に、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて走行に要求される（自動変速装置４０の出力軸４２に要求される）要求トルクＴｏｕｔ＊を設定する。続いて、出力軸４２の要求トルクＴｏｕｔ＊を自動変速装置４０の回転数比Ｇｔで除した値を入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊に設定する。こうして入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊を設定すると、要求トルクＴｉｎ＊が入力軸４１に出力されるようにエンジン２２の目標トルクＴｅ＊やモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊を設定し、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊をモータＥＣＵ３４に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、目標トルクＴｅ＊を受信すると、エンジン２２が目標トルクＴｅ＊で運転されるようにエンジン２２の運転制御（吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御など）を行なう。モータＥＣＵ３４は、トルク指令Ｔｍ＊を受信すると、モータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ＥＶ走行モードにおけるモータ３０の制御では、ＨＶＥＣＵ７０は、ＨＶ走行モードと同様に入力軸４１の要求トルクＴｉｎ＊を設定し、要求トルクＴｉｎ＊が入力軸４１に出力されるようにモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊を設定してモータＥＣＵ３４に送信する。モータＥＣＵ３４は、トルク指令Ｔｍ＊を受信すると、モータ３０がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

なお、実施例では、エンジン装置としては、エンジン２２と、クラッチＫ０と、モータ３０と、ＨＶＥＣＵ７０と、エンジンＥＣＵ２４と、モータＥＣＵ３４とが相当する。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド車２０の動作、特に、エンジン２２を間欠運転している際のエンジン２２の始動について説明する。間欠停止しているエンジン２２の始動は、完全に停止しているエンジン２２を始動する場合とエンジン２２を間欠停止するために燃料カットを行なってエンジン２２の回転数Ｎｅが低下している最中にエンジン２２を始動する場合を考えることができる。図３は、間欠停止しているエンジン２２の始動を始動する際にエンジンＥＣＵ２４やＨＶＥＣＵ７０により実行される始動時処理の一例を示すフローチャートである。

始動時処理が実行されると、まず、クラッチＫ０を半係合（スリップ係合）させてモータ３０からの目標クランキングトルクＴｃｒ＊を出力してエンジン２２のクランキングを開始する（ステップＳ１００）。この処理は、ＨＶＥＣＵ７０からクラッチＫ０が半係合（スリップ係合）となるように制御信号を図示しない油圧制御装置に送信すると共に、入力軸４１に要求される要求トルクＴｉｎ＊と目標クランキングトルクＴｃｒ＊との和のトルクをモータ３０のトルク指令Ｔｍ＊としてモータＥＣＵ３４に送信することにより行なわれる。なお、制御信号を受信した油圧制御装置は、クラッチＫ０がスリップしながら目標クランキングトルクＴｃｒ＊を伝達することができるように予め定めた油圧に調整する。トルク指令Ｔｍ＊を受信したモータＥＣＵ３４は、モータ３０からトルク指令Ｔｍ＊が出力されるようにインバータ３２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御する。目標クランキングトルクＴｃｒ＊は、完全に停止しているエンジン２２を始動するときには、圧縮行程で停止している気筒を圧縮上死点を超えさせるのに十分なトルクが用いられ、停止クランク角θｓｔｏｐとエンジン２２を停止してからの経過時間とに基づいて設定される。停止クランク角θｓｔｏｐに基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力を考慮するためであり、エンジン２２を停止してからの経過時間に基づくのは、圧縮行程で停止している気筒内の圧力が時間の経過につれて低下することを考慮するためである。一方、燃料カットにより回転数を低下しているエンジン２２を始動するときには、目標クランキングトルクＴｃｒ＊は、エンジン２２の回転数Ｎｅを増加させることができる程度のトルクが用いられ、エンジン２２の回転数Ｎｅなどにより定められる。

エンジン２２のクランキングと同時に燃料噴射やスロットル・点火についての始動時制御を開始する（ステップＳ１１０）。燃料噴射の始動時制御は、例えば、最初の爆発燃焼（初爆）から第１所定回数（例えば１０回や１２回、１５回など）の爆発燃焼までについては想定される気筒内の空気量に対して良好な爆発燃焼が生じるような燃料噴射量と圧縮行程での燃料噴射時期とを設定し、その後の第２所定回数（例えば１０回や１２回、１５回など）の爆発燃焼については想定される気筒内の空気量に対してて良好な爆発燃焼が生じるような燃料噴射量と吸気行程と圧縮行程での燃料噴射時期を設定する制御などが該当する。スロットルの始動時制御としては、例えば、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに近づくようにエンジン２２の回転数Ｎｅとモータ３０の回転数Ｎｍｇとに基づくスロットル開度となるようにする制御などが該当する。点火の始動時制御としては、例えば、最初の爆発燃焼（初爆）についてはショックを抑制するように遅角した点火時期を設定し、その後、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに近づくようにエンジン２２の回転数Ｎｅとモータ３０の回転数Ｎｍｇとに基づく点火時期を設定する制御などが該当する。

次に、クラッチＫ０のクラッチＫ０を解放する条件が成立するのを待って（ステップＳ１２０）油圧制御装置によりクラッチＫ０がスリップ係合しない程度の油圧で待機するように制御することによりクラッチＫ０を解放する（ステップＳ１３０）。クラッチＫ０を解放する条件としては、圧縮上死点を通過した回数が所定回数（例えば２回や３回）以上である条件、エンジン２２の回転数Ｎｅが上昇している条件、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに基づく閾値以上である条件などを挙げることができる。実施例では、上記３つの条件の全てが成立したときにクラッチＫ０を解放する条件が成立していると判定するものとした。

クラッチＫ０を解放すると、クラッチＫ０を係合する条件が成立するまで始動時制御からトルク制御への移行に伴う処理を繰り返し実行する（ステップＳ１４０～Ｓ１９０）。
クラッチＫ０を係合する条件は、例えば、エンジン２２の回転数Ｎｅとモータ３０の回転数Ｎｍｇとの差回転数ΔＮが閾値（例えば５０ｒｐｍや１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍなど）未満であり、且つ、点火回数が所定回数（例えば、５回や６回、８回など）以上である条件を用いることができる。トルク制御は、エンジン２２に要求されるトルクをエンジン２２から出力するように燃料噴射やスロットル・点火について調整する制御である。

始動時制御からトルク制御への移行に伴う処理としては、まず、現在の制御が始動時制御であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。現在の制御が始動時制御であると判定したときには、モータ３０の回転数ＮｍｇやシフトポジションＳＰなどに基づいて始動時のエンジン目標回転数Ｎｅ＊を通常時のエンジン目標回転数Ｎｅ＊に比して小さくなるように設定する（ステップＳ１５０）。エンジン目標回転数Ｎｅ＊は、実施例では、モータ３０の回転数Ｎｍｇが大きいほど大きくなるように、シフトポジションＳＰが駆動用ポジション（前進走行用のＤポジションや後進用のＲポジションなど）のときには非駆動用ポジション（ニュートラルのＮポジションや駐車用のＰポジションなど）のときに比して大きくなるように、且つ、通常時のエンジン目標回転数Ｎｅ＊より小さくなるように設定される。具体的には、例えば、モータ３０の回転数ＮｍｇとシフトポジションＳＰとエンジン目標回転数Ｎｅ＊との関係を予め実験や解析、機械学習などにより定めて始動時エンジン目標回転数設定用マップとして記憶しておき、モータ３０の回転数ＮｍｇとシフトポジションＳＰとが与えられると、マップから対応するエンジン目標回転数Ｎｅ＊を導出することにより設定するものとした。なお、通常時のエンジン目標回転数Ｎｅ＊もモータ３０の回転数ＮｍｇやシフトポジションＳＰなどにより設定される。

続いて、エンジン目標回転数Ｎｅ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとに基づいて最小エンジントルクＴｍｉｎを演算する（ステップＳ１６０）。最小エンジントルクＴｍｉｎは、実施例では、エンジン目標回転数Ｎｅ＊とモータ３０の回転数Ｎｍｇとの回転数差ΔＮが大きいほど大きくなるように回転数差ΔＮと最小エンジントルクＴｍｉｎとの関係を予め実験や解析、機械学習などにより定めて最小エンジントルク設定用マップとして記憶しておき、回転数差ΔＮが与えられるとマップから対応する最小エンジントルクＴｍｉｎを導出することにより演算するものとした。

次に、エンジン２２に要求される要求トルクＴｅ＊が最小エンジントルクＴｍｉｎ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１７０）、要求トルクＴｅ＊が最小エンジントルクＴｍｉｎ以上であると判定したときには、エンジン２２の燃料噴射やスロットル・点火についての制御を始動時制御からトルク制御に移行する（ステップＳ１８０）。そして、クラッチＫ０を係合する条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ１９０）、クラッチＫ０を係合する条件が成立していないと判定したときには、ステップＳ１４０の、現在の制御が始動時制御であるか否かを判定する処理に戻る。ステップＳ１７０で要求トルクＴｅ＊が最小エンジントルクＴｍｉｎ未満であると判定したときには、トルク制御に移行することなくステップＳ１９０のクラッチＫ０の係合条件が成立しているか否かを判定する処理に進む。また、ステップＳ１４０で現在の制御が始動時制御ではないと判定したときには、即ち現在の制御がトルク制御であると判定したときには、トルク制御への移行の処理は不要であるから、ステップＳ１９０のクラッチＫ０の係合条件が成立しているか否かを判定する処理に進む。

以上の説明からステップＳ１４０～Ｓ１９０の処理は、クラッチＫ０を係合する条件が成立するまでに小さなエンジン目標回転数Ｎｅ＊の設定による小さな最小エンジントルクＴｍｉｎの設定を伴ってトルク制御に移行する条件が成立したときにはエンジン２２の燃料噴射やスロットル・点火について制御を始動時制御からトルク制御に移行する処理となる。

ステップＳ１９０でクラッチＫ０を係合する条件が成立していると判定したときには、クラッチＫ０を完全係合し（ステップＳ２００）、本処理を終了する。始動時制御が終了すると、エンジン２２の燃料噴射やスロットル・点火については、エンジン２２をアイドル運転するときにはエンジン２２の回転数Ｎｅをアイドル回転数Ｎｉｄｌとするアイドル回転数制御が行なわれ、エンジン２２をアイドル運転していないときにはトルク制御が行なわれる。

以上説明した実施例のハイブリッド車２０が搭載するエンジン装置では、クラッチＫ０を半係合（スリップ係合）させてモータ３０からの目標クランキングトルクＴｃｒ＊を出力してエンジン２２のクランキングを開始すると共に燃料噴射やスロットル、点火について始動時制御を開始してエンジン２２を始動し、クラッチＫ０を解放する条件の成立を待って、クラッチＫ０がスリップ係合しない程度の油圧で待機するように制御することによりクラッチＫ０を解放する。そして、クラッチＫ０を係合する条件が成立するまでは、通常時より小さなエンジン目標回転数Ｎｅ＊を設定して小さな最小エンジントルクＴｍｉｎを演算し、要求トルクＴｅ＊が最小エンジントルクＴｍｉｎ以上となりやすくして、エンジン２２の燃料噴射やスロットル・点火について制御を始動時制御からトルク制御に移行する。これにより、エンジン２２の制御を迅速に始動時制御からトルク制御に移行させることができる。

実施例のハイブリッド車が搭載するエンジン装置では、クラッチＫ０を係合する条件が成立するまでは、通常時より小さなエンジン目標回転数Ｎｅ＊を設定して小さな最小エンジントルクＴｍｉｎを演算し、要求トルクＴｅ＊が最小エンジントルクＴｍｉｎ以上となりやすくするものとした。しかし、通常時より小さなエンジン目標回転数Ｎｅ＊を設定することなく、通常時より小さな最小エンジントルクＴｍｉｎを設定して要求トルクＴｅ＊が最小エンジントルクＴｍｉｎ以上となりやすくするものとしてもよい。

実施例のハイブリッド車２０では、間欠停止しているエンジン２２を始動するときには、クラッチＫ０を半係合（スリップ係合）させてエンジン２２のクランキングしてエンジン２２を始動し、その後クラッチＫ０を解放してエンジン２２の回転数Ｎｅをモータ３０の回転数Ｎｍｇに近づけ、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致したときにクラッチＫ０を完全係合するものとした。しかし、エンジン２２の始動後もクラッチＫ０を半係合（スリップ係合）を継続してエンジン２２の回転数Ｎｅをモータ３０の回転数Ｎｍｇに近づけ、エンジン２２の回転数Ｎｅがモータ３０の回転数Ｎｍｇに略一致したときにクラッチＫ０を完全係合するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド車２０では、６段変速の自動変速機４５を備えるものとした。しかし、４段変速や５段変速、８段変速などの自動変速機を備えるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド車２０が搭載するエンジン装置では、エンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３４とＨＶＥＣＵ７０とを備えるものとした。しかし、これらのうちの少なくとも２つを一体に構成するものとしてもよい。

実施例のエンジン装置では、ハイブリッド車２０に搭載されるものとしたが、車両以外の移動体に搭載されるものとしたり、設備に組み込まれるものとしてよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、クラッチＫ０が「クラッチ」に相当し、モータ３０が「モータ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ３４とが「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド車、２２ エンジン、２３ クランクシャフト、２４ エンジンＥＣＵ、２５ スタータモータ、２６ オルタネータ、３０ モータ、３０ａ 回転位置センサ、３１ 回転軸、３２ インバータ、３４ モータＥＣＵ、４０ 自動変速装置、４１ 入力軸、４１ａ 回転数センサ、４２ 出力軸、４２ａ 回転数センサ、４３ トルクコンバータ、４４ 変速機入力軸、４４ａ 回転数センサ、４５ 自動変速機、４８ デファレンシャルギヤ、４９ 駆動輪、６０ 高電圧バッテリ、６１ 高電圧側電力ライン、６２ 低電圧バッテリ、６３ 低電圧側電力ライン、６４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７０ ＨＶＥＣＵ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８７ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２３ 吸気管、１２３ａ エアフローメータ、１２３ｔ 温度センサ、１２４ スロットルバルブ、１２４ａ スロットルバルブポジションセンサ、１２５ サージタンク、１２５ａ 圧力センサ、１２６ ポート噴射弁、１２７ 筒内噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１２９ 燃焼室、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３３ 排気バルブ、１３４ 排気管、１３５ 浄化装置、１３５ａ 浄化触媒、１３６ ＰＭフィルタ、１３６ａ 差圧センサ、１３７ フロント空燃比センサ、１３８ リヤ空燃比センサ、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、Ｋ０ クラッチ。

Claims (1)

1. 筒内噴射弁を有するエンジンと、前記エンジンの出力軸にクラッチを介して接続されたモータと、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置であって、
   前記制御装置は、燃料カットにより停止状態または前記モータの回転数より低回転数の状態の前記エンジンに対して、前記クラッチを半係合して前記モータにより前記エンジンの回転数を増加しながら前記エンジンの燃料噴射と点火とスロットルに対する始動時制御の開始を伴って前記エンジンを始動すると共に、その後に前記クラッチの半係合を継続した状態で又は前記クラッチの半係合を解除した状態で前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように前記エンジンの燃料噴射と点火とスロットルに対する回転数同期制御を伴い、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に略一致したときに前記クラッチを完全係合するように前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御するものであり、
   前記制御装置は、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように制御している最中は、前記エンジンに要求される要求トルクが前記エンジンの最小トルク以上のときに前記始動時制御を前記エンジンから前記要求トルクを出力するように前記エンジンの燃料噴射と点火とスロットルを制御するトルク制御に切り替えるものであり、
   前記制御装置は、前記エンジンの回転数が前記モータの回転数に一致するように制御している最中は、前記最小トルクに通常時より小さなトルクを設定する、
   ことを特徴とするエンジン装置。

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